搜索仿真定制開發(fā)--典型案例分享系列--【案例三】
2016-11-07 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
在通用軟件的基礎上,通過客戶化定制開發(fā)的方式,固化仿真流程、規(guī)范仿真應用過程、構建向?qū)Щ姆抡娣治瞿０濉⒎庋b企業(yè)仿真分析指南及規(guī)范、定制仿真分析報告,最終形成面向特定行業(yè)、工業(yè)品及專業(yè)方向的仿真應用專業(yè)系統(tǒng)和平臺,一方面使得企業(yè)仿真知識和經(jīng)驗的顯性化、軟件化,另外一方面使得客戶的仿真應用更快、更準。
我們可以在以下方向為客戶提供開發(fā)定制服務:
【案例一】電子設備虛擬環(huán)境試驗分析計算系統(tǒng)
根據(jù)《GJB150-軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法》中關于振動試驗、加速度試驗、沖擊試驗的要求,在ANSYS軟件環(huán)境中開發(fā)形成電子設備虛擬環(huán)境試驗分析計算系統(tǒng)。系統(tǒng)以導航模板的方式將試驗對象的幾何模型處理、材料定義、網(wǎng)格劃分、試驗工況定義、求解計算、結果分析及報告生成整個仿真分析過程進行了封裝,開發(fā)并集成了面向電子產(chǎn)品仿真分析的仿真材料庫、試驗工況庫、螺栓型號庫等多個工程數(shù)據(jù)庫,從而使得即使不熟悉仿真計算的設計人員也能快速準確地完成設計的分析與校核,并通過調(diào)整設計參數(shù)來進一步改進設計。
“電子產(chǎn)品振動仿真產(chǎn)品包”軟件已在多家航天及中電集團下屬的電子產(chǎn)品研究所及企業(yè)應用,實際應用效果表明,基于該軟件可以快速建立工況仿真流程,并完成仿真分析計算,封裝行業(yè)標準和工程算法,集成企業(yè)材料庫,統(tǒng)一管理仿真數(shù)據(jù),提高了整個仿真工作的效率和專業(yè)性,并使企業(yè)仿真知識得以標準化、積累和重用。
【案例二】內(nèi)燃機關鍵零部件仿真計算系統(tǒng)
內(nèi)燃機零部件的仿真十分復雜,涉及多個學科和仿真工具。但是個學科之間信息交互困難,系統(tǒng)及應用集成性差,各設計、仿真軟件分散、軟件效能不能充分發(fā)揮。仿真流程不規(guī)范,缺乏對多學科耦合分析流程的梳理、定制模板等分析流程的管理手段。
構建內(nèi)燃機關鍵零部件仿真計算系統(tǒng),實現(xiàn)內(nèi)燃機零部件的快速仿真。根據(jù)內(nèi)燃機關鍵部件多場耦合分析的特點,開發(fā)了分析流程向?qū)?并對相關分析軟件進行了封裝和集成。在此框架基礎上定制多學科耦合仿真分析流程模板,開發(fā)工具間的數(shù)據(jù)接口,實現(xiàn)仿真流程執(zhí)行過程中自動數(shù)據(jù)傳遞。
根據(jù)內(nèi)燃機關鍵零部件的分析內(nèi)容,集成和封裝了UG、GT power、StarCD、CCM+、HyperMesh、ANSA、ABAQUS、ANSYS、Adams、FE Safe、Virtual Engine、FEMFAT以及企業(yè)自編程序等,形成了面向七大類分析的多個具體的分析向?qū)Ш湍０?支持從前處理、求解參數(shù)到后處理的完整定義過程,實現(xiàn)從單場到多場、從一維到三維、從流體到結構的求解計算,規(guī)范了內(nèi)燃機關鍵零部件的復雜仿真分析過程,使得用戶能夠方便地進行內(nèi)燃機關鍵部件的單場計算或多場耦合仿真,并根據(jù)要求自動輸出分析報告。
圖1實施內(nèi)容
圖2系統(tǒng)界面
該系統(tǒng)的價值主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)將內(nèi)燃機關鍵零部件的仿真分析過程進行了封裝,實現(xiàn)了各零部件仿真分析過程標準化和經(jīng)驗化,為仿真工程師完成零部件仿真提供思路并規(guī)范仿真過程。
(2)規(guī)范了柴油機關鍵零部件的仿真分析過程,形成了專業(yè)的計算模板,實現(xiàn)了通用程序的(如ANSYS Workbench\ABAQUS)工程化和專業(yè)化,并降低了軟件的使用難度。
(3)形成了內(nèi)燃機零部件的專業(yè)設計規(guī)程,如封裝了仿真過程中典型工程計算方法(螺栓疲勞分析、屈曲分析、運動學分析),構建了材料庫、螺栓模型庫、專業(yè)知識庫等,實現(xiàn)了知識與仿真過程的緊密結合。
(4)通過內(nèi)燃機仿真分析流程的定義,使各專業(yè)室的仿真分析更加高效和有序化,并且實現(xiàn)了仿真分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)的可追溯性。
(5)形成統(tǒng)一的內(nèi)燃機有限元分析集成應用環(huán)境,協(xié)調(diào)產(chǎn)品仿真過程中數(shù)據(jù)流與工具,解決了各種CAX工具間數(shù)據(jù)異構和協(xié)同問題。
(6)將復雜、繁瑣、重復、細節(jié)分析流程及分析經(jīng)驗封裝到仿真分析系統(tǒng)中,從而將仿真工程師從重復性勞動中解脫出來,提高了仿真工作效率和經(jīng)濟效益。
【案例三】加氫反應器蠕變疲勞分析計算系統(tǒng)
加氫反應器是煉油行業(yè)中加氫裝置的關鍵設備,操作條件十分苛刻。加氫反應器的高溫部件長期運行時,除了要承受蠕變引起的破壞之外,還要承受由于工況變化所引起的疲勞破壞,其壽命損耗是在蠕變-疲勞交互作用下的損傷累積過程。因此,在高溫強度研究中,了解蠕變-疲勞交互作用對高溫構件損傷的影響并評估這種耦合效應引起的破壞,對于壓力容器的高溫強度設計和安全評估來說有著重要的意義。目前針對蠕變-疲勞耦合壽命的預測方法較多,其中Omega方法在評定蠕變壽命評估方面更具優(yōu)越性。因此,本系統(tǒng)以ASME規(guī)范codecase 2605-1為基礎,在ANSYS環(huán)境中開發(fā)Omega材料蠕變模型,并針對加氫反應器的關鍵部位,進行模型的全參數(shù)化建模,然后按照規(guī)范的要求及步驟開展蠕變疲勞分析,最終形成加氫反應器蠕變疲勞分析計算系統(tǒng)。
圖1 功能框架
該系統(tǒng)的價值主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)蠕變疲勞算法開發(fā):在ANSYS環(huán)境開發(fā)Omega蠕變模型;
(2)參數(shù)化模型建立:對加氫反應器中的關鍵位置進行全參數(shù)化模型建立,包括:①頂封頭及開口;②側壁冷氫口;③裙座、底封頭及開口;④側壁45度斜開口;
(3)材料庫及材料屬性定義:根據(jù)計算對象的部位,從材料庫中選擇不同的材料模型,完成材料屬性的定義;
(4) 網(wǎng)格尺寸及網(wǎng)格劃分:設定計算對象的網(wǎng)格控制參數(shù),并根據(jù)所計算的內(nèi)容自動選擇相應的單元類型,完成模型的網(wǎng)格劃分;所有模型均可實現(xiàn)全六面體網(wǎng)格;
(5) Option1的計算及評估:根據(jù)規(guī)范對Option1的定義,設定熱分析及應力分析的載荷邊界條件,進行溫度場及應力場的計算,并基于提取的結果進行Option1的安定性評估;
(6)Option2的計算及評估:如果需要進行Option2
的計算與評估,則設定熱分析及應力分析的載荷邊界條件,進行溫度場及應力場的計算,并基于提取的結果進行Option2的安定性評估;
(7)蠕變壽命計算:支持不計疲勞損傷的蠕變壽命計算以及考慮疲勞損傷的蠕變壽命計算,其中后者需要根據(jù)前面是基于Option1還是Option2而選擇不同的計算公式進行蠕變壽命的計算。
(8) 計算報告:自動生成仿真計算報告
【案例四】大型LNG儲罐全三維快速建模與仿真計算系統(tǒng)
LNG儲罐是液化天然氣接收站和工廠的最重要設備之一,在我國能源結構轉型過程中,LNG儲罐的國產(chǎn)化和設計建造技術能力的提升至關重要,而基于CAE技術的數(shù)值仿真技術是對儲罐進行校核計算不可或缺的重要手段。安世中德針對大型LNG儲罐,尤其是復雜超大容積LNG全容儲罐,基于ANSYS平臺開發(fā)了專用的LNG儲罐全三維建模與仿真分析系統(tǒng),實現(xiàn)了LNG全容儲罐快速精確建模、高效計算與結果校核。
圖1功能結構
圖2系統(tǒng)界面
LNG儲罐仿真分析系統(tǒng)的優(yōu)勢體現(xiàn)在:
(1)全三維整體建模。模型可包括內(nèi)外罐以及鋼筋、液體、保冷層、穹頂、吊頂、樁基礎以及其他附屬結構,可考慮樁土相互作用以及各部分結構之間的直接耦合作用。
(2)全參數(shù)化自動建模。基于模板的結構參數(shù)和計算參數(shù)描述以及(可交互)全自動建模。
(3)面向設計需求、基于規(guī)范的載荷工況定義與工況計算。可考慮溫度場、預應力、恒載、活載、風載、雪載、LNG液壓、設計正負壓、氣壓試驗、水壓試驗、泄露、地震、爆炸、沖擊、火災等各種工況,進行靜力、動力、穩(wěn)定性計算,并按照規(guī)范和設計要求進行SLS(適用性極限狀態(tài))及ULS(最終極限狀態(tài))荷載組合與評估。
(4)面向設計需求的結果呈現(xiàn)與校核。包括液面晃動、混凝土與鋼結構的內(nèi)力(彎矩、剪力、軸力)與應力、穹頂屈曲載荷、裂縫寬度、結構變形、基礎沉降等,可按照圖片、曲線、動畫、數(shù)據(jù)等形式輸出計算結果,并自動生成計算報告。
(5)非線性校核計算?？雇馕餂_擊、儲罐結構失效與斷裂破壞分析,基礎極限承載力分析等。
(6)結構優(yōu)化設計。基于全參數(shù)化模型與力學計算實現(xiàn)結構參數(shù)敏感性分析與優(yōu)化設計。
【案例五】芯片封裝翹曲云計算應用系統(tǒng)
電子器件的封裝技術是制約集成電路發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)之一。封裝中各材料(基底、粘結層、芯片及封裝材料)的幾何尺寸、材料性能的差異引起的翹曲問題嚴重影響芯片的可靠性、焊接性能和成品率。翹曲仿真分析在電子器件的設計過程中起到了非常重要的作用,而由于仿真問題和仿真工具的復雜性,很多設計人員沒有能力和精力進行仿真分析工作。同時仿真工況較多,大量的仿真數(shù)據(jù)分數(shù)分散于個人手中,缺乏有效的管理。
針對這些問題,開發(fā)芯片封裝翹曲云計算系統(tǒng),設計人員通過WEB瀏覽器就可以直接訪問系統(tǒng),利用系統(tǒng)提供的向?qū)浇缑嬷恍枰唵蔚倪x擇模型結構類型、輸入模型參數(shù),系統(tǒng)即可立即生成用戶定義的模型圖片,如果建模合理設計人員將計算任務提交給仿真人員后就可以等待仿真報告的生成。仿真人員審查任務通過后,將任務提交給仿真應用計算服務器,系統(tǒng)會根據(jù)定義的模型參數(shù)自動完成建模、網(wǎng)格劃分、邊界條件施加、翹曲分析計算、報告生成等,完成后郵件自動提醒用戶計算完成,從而可見系統(tǒng)大幅提高了仿真的工作效率和軟件的易用性。同時系統(tǒng)提供材料庫和仿真計算結果數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)了仿真數(shù)據(jù)的保護和共享。
圖1 系統(tǒng)計算邏輯圖
芯片封裝翹曲云計算應用系統(tǒng)的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)基于Web的應用模式,無需安裝,使用方便;
(2)用戶通過Web網(wǎng)頁利用參數(shù)化快速建模向?qū)Фx芯片封裝模型,提交計算任務,并且計算通過ANSYS Workbench后臺批處理自動完成,快速獲取計算結果,大大降低了使用難度;
(3)用戶客戶端不需要安裝ANSYSWorkbench軟件,不用掌握ANSYS Workbench的操作流程,不但提高了問題處理速度,而且解放了本機的工作站,可以從事更多的前后處理問題,極大地提高了工作效率。同時系統(tǒng)自動獲取ANSYS License節(jié)點狀態(tài)信息,用戶根據(jù)此信息判斷是否提交計算,避免了由于License個數(shù)不足而引起任務提交的沖突問題;
(4)通過梳理芯片封裝模型仿真分析流程,結合專業(yè)特點及應用需求,構建網(wǎng)頁版專業(yè)應用系統(tǒng),實現(xiàn)了芯片封裝翹曲計算的標準化與經(jīng)驗固化;
(5)構建了網(wǎng)絡化的統(tǒng)一材料數(shù)據(jù)庫,提供高效的檢索、分析功能,保證了數(shù)據(jù)的有效利用;
(6)芯片封裝模型的材料庫根據(jù)模型類型和結構特點分類管理,材料庫中屬性值如彈性模型、泊松比、熱膨脹系數(shù)采用圖表的方式體現(xiàn)隨溫度的變化規(guī)律,方便查看和研究;
(7)建立芯片封裝模型的仿真計算結果數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)了仿真分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)的可追溯性,同時網(wǎng)絡化得數(shù)據(jù)傳遞檢索方式,大大減少了數(shù)據(jù)搜索傳遞的時間,提高工作效率;
(8)通過訪問及數(shù)據(jù)權限控制,保證不同的設計和仿真人員只能訪問相關的數(shù)據(jù),保障數(shù)據(jù)的安全性
(9)事件觸發(fā)(提交任務、駁回任務、任務完成等)時的郵件通知,及時地提醒用戶仿真分析的狀態(tài)。
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